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《材料力学》

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课程介绍

“材料力学”课程简介

课程名称：材料力学

英文名称：Mechanics of Materials

课程代码：

课程类型：通识核心课程

总学时：64-80（含10学时实验）

学分：

开课单位：

课程负责人：

适应对象：工程力学、机械、土建、航空航天、水利、交通运输、船舶、农业工程等专业

先修课程：高等数学，线性代数，大学物理，理论力学

课程主要内容：

材料力学是变形体力学的重要基础分支之一，是一门为设计工程实际构件提供必要理论基础的重要技术基础课，也是一门理论与实验相结合的课程。材料力学的任务是研究杆件在承受各种荷载时的变形等力学性能。通过学习本课程，使学生掌握将工程实际构件抽象为力学模型的方法；掌握研究杆件内力、应力、变形分布规律的基本原理和方法；掌握分析杆件强度、刚度和稳定性问题的理论与计算；具有熟练的计算能力和一定的实验能力；为后续相关课程的学习，以及进行构件设计和科学研究打好力学基础，培养构件分析、计算和实验等方面的能力。

建议教材及参考书：

1.教材

土木类：《材料力学I》，《材料力学II》，孙训方，方孝淑，关来泰编，高等教育出版社，2019年3月第6版。

机械类：《材料力学I》，《材料力学II》，刘鸿文主编，高等教育出版社，2024年7月第7版。

2.参考书：

《Mechanics of Materials》（原书第六版），R. C. Hibbeler，重庆大学出版社，2007年8月第1版。

《材料力学》，范钦珊，殷雅俊，唐靖林编著，清华大学出版社，2014年10月第3版。

《材料力学》，王博，马红艳编著，高等教育出版社，2022年9月第2版。

“材料力学”课程教学大纲

课程名称：材料力学

课程代码：

学分：

总学时/课内实践学时：64-80（含10学时实验）

课程性质：必修课程

课程类型：通识核心课程

是否专业核心课程：是

开课单位：

适应对象：工程力学、机械、土建、航空航天、水利、交通运输、船舶、农业工程等专业

先修课程：高等数学，线性代数，大学物理，理论力学

建议教材及参考书：

1.教材：。

土木类：《材料力学I》，《材料力学II》，孙训方，方孝淑，关来泰编，高等教育出版社，2019年3月第6版。

机械类：《材料力学I》，《材料力学II》，刘鸿文主编，高等教育出版社，2024年7月第7版。

2.参考书：

《Mechanics of Materials》（原书第六版），R. C. Hibbeler，重庆大学出版社，2007年8月第1版。

《材料力学》，范钦珊，殷雅俊，唐靖林编著，清华大学出版社，2014年10月第3版。

《材料力学》，王博，马红艳编著，高等教育出版社，2022年9月第2版。

1. 课程的性质和任务

2.课程教学目标

本课程是面向未来技术学院土木类专业开设的通识核心必修课程，旨在通过理论教学与实践操作训练，使学生掌握杆件的强度、刚度和稳定性问题的基础知识、能量原理，理解应力状态等概念，了解应力集中知识，独立解决复杂工程问题；培养学生具备工程行业道德和强烈的社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。

本课程具体教学目标，是使学生在以下能力上得到培养：

目标1：建模能力：具有建立工程构件力学模型的能力，能够根据其体问题选择合理的计算模型。

目标2：计算能力：具有对杆件的强度、刚度和稳定性问题的计算能力，并对计算结果的合理性进行定性判断的能力。

目标3：实验能力：具有利用材料力学实验方法和技术进行相关测试的初步能力。【

目标4：自学能力：具有借助教材与资料自主学习相关知识和分析解决问题的初步能力。

3.课程教学内容及要求

第一章 绪论

（1） 教学内容：

材料力学的任务和研究对象
变形固体的概念及其基本假设
杆件变形的基本形式

（2） 教学要求：

1. 了解材料力学的任务和研究对象；

2. 理解杆件基本变形形式的受力和变形特点；

3. 掌握构件的强度、刚度和稳定性问题的概念。

（3） 教学重点：材料力学的任务和研究对象

（4） 教学难点：可变形固体的基本假设

（5） 支撑的课程教学目标：目标1和2

第二章 轴向拉伸和压缩

（1） 教学内容：

第一节轴向拉伸和压缩的概念及工程实例

第二节内力和截面法，轴力和轴力图

第三节拉（压）杆横截面及斜截面上的应力

第四节拉、压杆的变形及胡克定律

第五节轴向拉、压的变形能

第六节材料在拉、压时的力学性质

第七节拉压杆的强度条件

第八节应力集中的概念

第九节拉（压）超静定问题的概念及其解法

第十节剪切的实用计算，挤压的实用计算

（2）教学要求：

1. 了解应力集中的概念；

2. 理解内力、应力、容许应力及安全系数的概念；

3. 掌握轴力的计算和轴力图的绘制；

4. 掌握拉（压）杆横截面的应力计算及轴向拉伸和压缩时的变形计算；

5. 掌握拉（压）超静定问题的解法。掌握剪切和挤压的实用计算。

（3）教学重点：内力、轴力、截面法；应力、应变、虎克定律及拉（压）强度条件的应用及低碳钢的应力——应变曲线图及特征点。

（4）教学难点：拉（压）超静定问题的解法，剪切面和挤压面面积的计算。

（5）支撑的课程教学目标：目标1-4

第三章 扭转

（1）教学内容：

第一节扭转的概念及工程实例

第二节传动轴的功率、转速与外力偶矩间的关系、扭矩和扭矩图

第三节簿壁圆筒扭转，纯剪切的概念，剪切虎克定律，剪应力互等定理

第四节圆轴扭转的剪应力及扭转强度条件

第五节圆轴扭转的变形及刚度统计

第六节圆轴扭转的应变能

第七节扭转超静定问题

第八节矩形截面杆扭转的主要结果

（2）教学要求：

1. 了解矩形截面杆扭转的主要结果；

2. 理解扭转、剪切虎克定律、纯剪切和剪应力互等定理等概念；

3. 掌握扭矩的计算和扭矩图的绘制；

4. 掌握圆轴扭转时剪应力计算及其强度条件的；

5. 掌握圆轴扭转时变形的计算及其刚度条件的应用。

（3）教学重点：扭矩计算和扭矩图的绘制，剪应力和扭转角的计算及其强度和刚度的应用。

（4）教学难点：纯剪切的概念，剪切虎克定律及剪应力互等定理。

（5）支撑的课程教学目标：目标1-4

附录I 截面的几何性质

（1）教学内容：

第一节静矩和形心

第二节惯性矩和惯性积

第三节平行移轴公式

（2）教学要求：

1. 理解静矩、惯性矩、惯性积、惯性半径的概念；

2. 理解形心主惯性轴和形心主惯性矩；

3. 掌握简单图形和组合图形静矩的计算及形心位置的确定；

4. 掌握简单图形惯性矩和惯性积的计算；

5. 掌握平行移轴公式；

6. 掌握组合图形惯性矩和惯性积的计算。

（3）教学重点：简单图形和组合图形静矩的计算及形心位置的确定，简单图形惯性矩的计算；平行移轴公式；组合图形惯性矩的计算。

（4） 教学难点：组合图形惯性矩的计算

（5） 支撑的课程教学目标：目标1, 2, 4

第四章 弯曲内力

（1）教学内容：

第一节平面弯曲的概念及工程实例

第二节梁的对称弯曲及计算简图

第三节剪力和弯矩，剪力方程和弯矩方程，剪力图和弯矩图

第四节弯矩、剪力和荷载集度的微分关系

第五节平面刚架和曲杆的内力

（2）教学要求:

1. 了解叠加法作弯矩图；

2. 理解平面弯曲的概念；

3. 掌握剪力方程和弯矩方程的列出；

4. 掌握剪力图和弯矩图弯矩的绘制。

（3）教学重点：梁在任一指定截面处的剪力和弯矩值的计算；剪力方程和弯矩方程；剪力图和弯矩图。

（4） 教学难点：弯矩、剪力和荷载集度间的微分关系。

（5） 支撑的课程教学目标：目标1、2、4

第五章 弯曲应力

（1）教学内容：

第一节纯弯曲时梁横截面上的正应力

第二节纯弯理论正应力的推广 • 正应力强度条件

第三节梁横截面上的切应力 • 梁的切应力强度条件

第四节梁的合理截面，提高弯曲强度的措施

（2）教学要求：

1. 了解提高弯曲强度的措施；

2. 理解弯曲切应力强度计算公式的推导

3. 掌握梁的正应力和正应力强度条件的应用。

（3）教学重点：弯曲正应力及其强度计算

（4）教学难点：弯曲切应力强度计算公式的推导

（5）支撑的课程教学目标：目标1-4

第六章 弯曲变形

（1）教学内容：

第一节梁的位移——挠度和转角

第二节梁的挠曲线及其近似微分方程式

第三节用积分法求梁的挠度和转角

第四节用形变比较法解简单超静定梁

第五节梁的刚度校核及提高弯曲刚度的措施。

（2）教学要求：

1. 了解用形变比较法解简单超静定梁；

2. 了解提高弯曲刚度的措施；

3. 理解梁的变形和位移的概念、挠度和转角的概念；

4. 掌握梁的挠曲线近似微分方程式；

5. 掌握用积分法求梁的挠度和转角；

6. 掌握梁的刚度校核。

（3）教学重点：梁的挠曲线近似微分方程

（4）教学难点：用形变比较法求解简单超静定梁。

（5）支撑的课程教学目标：目标1、2、4

第七章 应力状态和强度理论

（1）教学内容：

第一节应力状态的概念，单元体，主应力和主平面

第二节二向应力状态下的应力分析——解析法

第三节三向应力状态的举例与（简单）分析，最大正应力

第四节广义虎克定律

第五节强度理论的概念

第六节各种强度理论的使用范围

（2）教学要求：

1. 了解应力状态的分类；

2. 了解体积改变比能和形状改变比能；

3. 了解各种强度理论的使用范围；

4. 理解应力状态、单元体、主应力和主平面的概念；

5. 理解强度理论的概念；

6. 掌握二向应力状态下应力分析的解析法；

7. 掌握斜截面上的应力，主应力和主平面的确定；

8. 掌握广义虎克定律；

9. 掌握四个常用强度理论。

（3） 教学重点：平面应力状态的解析法，广义虎克定律，四个常用强度理论

（4） 教学难点：应力状态的概念，强度理论的概念。

（5） 支撑的课程教学目标：目标1, 2, 4

第八章 组合变形

（1）教学内容：

第一节组合变形的概念及工程实例

第二节斜弯曲时的应力和强度计算

第三节拉（压）与弯曲组合时应力和强度计算

第四节偏心压缩（拉伸）及截面核心

第五节弯曲与扭转组合时的强度计算

（2）教学要求：

1. 理解组合变形的概念；

2. 理解截面核心的概念；

3. 掌握斜弯曲时的应力和强度计算；

4. 掌握拉（压）与弯曲组合时应力和强度计算；

5. 掌握偏心压缩（拉伸）；

6. 掌握弯曲与扭转组合时的强度计算。

（3）教学重点：斜弯曲，弯扭组合时的强度计算

（4）教学难点：截面核心

（5）支撑的课程教学目标：目标1-4

第九章 能量法

（1）教学内容：

第一节外力功与应变能；

第二节卡氏定理；

第三节能量方法求解超静定问题。

（2）教学要求：

1. 理解外力功与应变能的概念；

2. 掌握杆件发生各种基本变形时的应变能计算；

3. 掌握卡氏定理计算杆件的位移；

4. 掌握能量方法求解超静定问题。

（3）教学重点：卡氏定理

（4）教学难点：能量方法求杆件的位移。

（5）支撑的课程教学目标：目标1、2

第十章 压杆稳定

（1）教学内容：

第一节压杆稳定的概念

第二节计算细长压杆临界压力的欧拉公式

第三节杆端约束不同对临界压力的影响

第四节欧拉公式的适用范围及临界应力总图

第五节压杆的稳定计算

（2）教学要求：

1. 了解欧拉公式的适用范围；

2. 了解压杆稳定的安全计算；

3. 理解压杆稳定的概念；

4. 理解临界应力总图；

5. 掌握临界力的欧拉公式；

6. 掌握临界应力的欧拉公式。

（3）教学重点：压杆稳定的概念，临界压力和临界应力的计算，以及压杆稳定校核。

（4）教学难点：压杆稳定的概念，压杆稳定的安全计算。

（5）支撑的课程教学目标：目标1, 2, 4

第十一章 动载荷和交变应力

（1）教学内容：

第一节动载荷的概念及工程实例及匀加速直线运动时杆件的应力和变形计算

第二节杆件受冲击时的应力和变形计算。

（2）教学要求：

1. 理解动载荷的概念；

2. 掌握匀加速直线运动时杆件的应力和变形计算；

3. 掌握杆件受冲击时的应力和变形计算。

（3）教学重点：构件受冲击时的应力和变形计算

（4）教学难点：动荷系数的计算。

（5）支撑的课程教学目标：目标1, 2, 4

4.课内实践教学内容及要求

(1) 实验

序号	教学类型	教学内容	教学要求
1	实验	轴向拉伸和压缩实验	了解低碳钢和铸铁轴向拉伸和压缩的全过程；理解低碳钢拉伸时的四个阶段及变形特征；测定低碳钢拉伸时的弹性模量掌握P－∆L曲线的绘制方法。
2	实验	扭转实验	了解低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形现象和破坏形式；理解低碳钢和铸铁在扭转时的破坏原因；掌握T－∆φ曲线的绘制方法。
3	实验	纯弯曲梁正应力的电测实验	了解电测应力的方法和电阻应变仪的使用；理解并掌握纯弯曲时梁横截面上的正应力分布规律；
4	实验	弯扭组合实验	了解电测法测量平面应力状态下主应力的方法；理解弯扭组合边形的加载方式；掌握由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力的测量方法及数据处理方法。

(2) 课下阅读与综述论文实践

序号	教学类型	教学内容	教学要求
1	文献阅读与综述论文	应力集中的工程处理方法	在论文中详细论述应力集中的工程处理方法
2	文献阅读与综述论文	非圆杆扭转的应力与变形	在论文中详细论述计算非圆杆扭转的应力与变形的原理与基本假设，以及计算方法
3	文献阅读与综述论文	应力张量	在论文中详细论述应力张量的概念与物理意义
4	文献阅读与综述论文	电阻应变计法的基本原理及应力应变的测量与计算	在论文中详细论述电阻应变计法的基本原理以及应力应变的测量与计算原理与过程

5. 建议阅读文献

建议主讲教师结合学科最新发展有针对性的给学生推荐相关文献，以增加学生的知识面以及对学科发展的了解。文献可来源于以下期刊（不限于）：

[1] Applied Mechanics Reviews, ISSN: 0003-6900

[2] Journal of the Mechanics and Physics of Solids, ISSN: 0022-5096

[3] 力学学报，ISSN: 中文版0469-1879，英文版0567-7718

[4] 应用数学和力学，ISSN: 中文版1000-0887，英文版0253-4827

[5] 力学进展，ISSN: 1000-0992

[6] 力学与实践，ISSN：1000-0879

6.学时分配

章节	学时分配						合计
章节	讲课	实验课	上机课	讨论课	习题课	其它	合计
第一章	2						2
第二章	6	4					10
第三章	4	2					6
第四章	4				2		6
第五章	6	2					8
第六章	4				2		6
第七章	4						4
第八章	4	2					6
第九章	4				2		6
第十章	4						4
第十一章	2				2		4
总结与复习	2						2
合计	46	10			8		64

7.课程思政教学设计

序号	教学目标	授课章节	课程思政融入点
1	道德品质培养	第一章绪论	Tacoma大桥的悲剧
2	社会主义核心价值观教育	第一章绪论	小变形假定，抓住主要矛盾
3	社会主义核心价值观教育	第五章弯曲应力	古文献中的合理截面比例
4	道德品质培养	第十章压杆稳定	魁北克大桥的工程悲剧
5	社会主义核心价值观教育	第十一章动载荷和交变应力	有知识方知畏惧，高空抛物的危害

8.考核方式及成绩评定

（1）考核方式

本课程考核方式为考试，其中期末考核方式为标准答案考试，过程考核方式为课内实验考核、课堂讨论展示、作业完成情况及平时随堂测验情况。

（2）成绩评定

课程总评成绩	成绩组成		成绩占比（%）
	期末考核成绩		70
	过程考核成绩	课堂讨论与随堂测验	5
		作业	20
		实验	5
总计			100%

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